https://orcid.org/0000-0002-5408-6263
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El cáncer es una enfermedad genética, por lo que hay algunos tipos de cáncer que se pueden heredar de los progenitores. En este tema vamos a desarrollar las principales bases genéticas del cáncer, el tipo de mutaciones que se producen, los mecanismos de reparación celular, de proliferación etc. También vemos los síndromes de predisposición hereditaria al cáncer más importantes, como pueden ser: síndrome predisposición hereditaria al cáncer de mama y al cáncer de ovario, síndrome de Lynch, cáncer colorrectal, melanoma familia o neurofibromatosis entre otros. Las manifestaciones clínicas de estos síndromes, la incidencia en nuestra sociedad, los genes principales genes implicados como pueden ser BRCA1, PALB2 APC o NF1 y las técnicas instrumentales por las que se diagnostican estas alteraciones en los genes, en esta nos encontramos la reacción en cadena la polimerasa PCR, secuenciación masiva, MLPA o microarray.
Palabras clave: Bases genéticas, diagnóstico, clasificación, aspectos moleculares, melanoma, neurofibromatosis.
Cancer is a genetic disease, so there are some types of cancer that can be inherited from parents. In this topic we will develop the main genetic bases of cancer, the type of mutations that occur, the mechanisms of cell repair, proliferation etc. We also see the most important syndromes of hereditary predisposition to cancer, They can be: hereditary predisposition syndrome to breast cancer and ovarian cancer, Lynch syndrome, colorectal cancer, family melanoma or neurofibromatosis among others. The clinical manifestations of these syndromes, the incidence in our society, the main genes involved genes such as BRCA1, PALB2 APC or NF1 and the instrumental techniques by which these alterations in genes are diagnosed, In this we find the PCR polymerase chain reaction, massive sequencing, MLPA or microarray.
Keywords: Genetic basis, diagnosis, classification, molecular aspects, melanoma, neurofibromatosis.
La etiología del cáncer es multifactorial, con factores genéticos, ambientales, médicos y de estilo de vida que interactúan para producir una determinada malignidad. El conocimiento de la genética del cáncer está mejorando rápidamente nuestra comprensión de la biología del cáncer, ayudando a identificar a las personas en riesgo, fomentando la capacidad de caracterizar neoplasias malignas, estableciendo un tratamiento adaptado a la huella molecular de la enfermedad y conduciendo al desarrollo de nuevas modalidades terapéuticas. Como consecuencia, esta base de conocimientos en expansión tiene implicaciones para todos los aspectos del manejo del cáncer, incluida la prevención, la detección y el tratamiento.
El cáncer es una enfermedad genética, así pues, el cáncer es originado por cierto cambios que nuestros genes que chequean cómo funcionan nuestras células, en particular la forma como crecen y se dividen. Los genes son los encargados de dar las instrucciones necesarias para producir las proteínas, estas proteínas están involucradas en multitud de funciones de la célula. Algunos cambios génicos pueden originar proteínas defectuosas que no hagan su función como regular el crecimiento celular, la apoptosis, adhesión, reparación del ADN etc. Estas alteraciones genéticas se pueden adquirir durante el transcurso de la vida como resultado de errores en el ADN que se producen al dividirse las células o por exposición a sustancias carcinógenas que dañan el ADN como pueden ser tabaco o radiaciones a estas se les denomina cambios somáticos o adquiridos. También los cambios genéticos se pueden heredar de nuestros progenitores si las alteraciones están presentes en las células germinales.
Entre el 5-10% de todos los canceres, tienen una mutación genética que ha sido heredada. Según la bibliografía disponible nos encontramos con más de 50 síndromes hereditarios de cáncer que se han asociado a genes específicos, lo cual son enfermedades que predispone a las personas a sufrir algún tipo de cáncer.
Existen pruebas genéticas para detectar si una persona dentro de una familia con signos de un síndrome puede tener la mutación que lo origina. Estas pruebas también pueden mostrar si hay más miembros de una familia que han heredado la misma mutación que un miembro que tiene la mutación. Hay canceres que no son causados por mutaciones genéticas heredadas, pero dan la sensación de que ¨son de familia¨. Pero esto sucede porque hay un estilo de vida parecido como consumo de tabaco o se comparten ambientes, sin embargo, no se deben confundir con cáncer hereditario ya que no existe ninguna mutación germinal.
El tener la mutación germinal no implica que se padezca cáncer al 100% sino que es más probable que a lo largo de la vida lo pueda desarrollar que en la población normal. Por lo que los pacientes que tengan una mutación germinal se les realiza un seguimiento más exhaustivo a lo largo de la vida para poder diagnosticar en estadios más tempranos y así tener mejor pronóstico. Dependiendo del tipo de síndrome que se sospeche, hay diferentes genes que pueden tener alguna alteración, por ejemplo, si se sospecha de un síndrome con predisposición hereditaria de cáncer de mama u ovario uno de los genes implicados es el BCRA1 y el BCRA2, pero no son los únicos.
Con este trabajo se presenta una serie de objetivos principales y otros objetivos específicos.
Comprender las principales bases genéticas del cáncer y como se producen
Identificar los genes de predisposición hereditaria al cáncer
Conocer las técnicas de diagnóstico molecular más importantes y utilizadas
Clasificación de las variantes genéticas
Aspectos moleculares de predisposición hereditaria al cáncer de mama y al cáncer de ovario
Aspectos moleculares del síndrome de Lynch y de otros síndromes de predisposición a cáncer colorrectal no polipósico
Aspectos moleculares de los síndromes polipósicos.
Aspectos moleculares del melanoma familiar y genodermatosis
Aspectos moleculares de la neurofibromatosis y la Schwannomatosisnbsp;
El cáncer se define como el crecimiento exagerado y descontrolado de una agrupación celular que pueden invadir y dañar tejidos y órganos. Es la segunda causa de mortalidad en los países desarrollados solo después de las enfermedades coronarias o cardiovasculares. En las últimas décadas se ha incrementado la incidencia del cáncer pero también es verdad que se ha disminuido la mortalidad por los avances que se han producido tanto en el diagnostico precoz como a nivel de tratamientos.(1)
El cáncer es el producto de dos procesos consecutivos. El incremento del crecimiento descontrolado de un grupo de células y después la adquisición de migrar a otros tejidos u órganos. Es considerada una enfermedad genética ocasional e inusualmente hereditaria.
Hay dos posibles grupos de alteraciones genéticas:
- Cambios en la secuencia del ADN en este grupo están incluidas las deleciones de zonas cromosómicas que conlleva a la perdida de información genética, mutaciones génicas que pueden aumentar o disminuir la producción de alguna proteína, o la ganancia o pérdida de algún cromosoma
-Los cambios epigenéticos se pueden dar en genes supresores, oncogenes o factores de transcripción y son cambios heredables en las histonas y ADN que no conlleva modificaciones en la secuencia de nucleótidos y cambian la estructura y condensación de la cromatina.(2) (3). Los cambios epigenético más importantes son:
Las histonas son proteínas que tienen un bajo peso molecular que contiene una gran cantidad de lisina y arginina, y forman la cromatina junto al ADN. Estas proteínas sufren una gran cantidad de cambios postraduccionales como acetilación, fosforilación, metilación o ubiqutinación. Estas modificaciones tienen un papel muy importante en la regulación de la expresión génica. Cuando se modifican la estructura de las histonas se regula la expresión de genes y si esta alterada esta estructura puede llevar a la formación de cáncer.(4)(3).
La metilación del ADN tiene efectos evidentes en la expresión génica. Es un proceso que en el que se incorporan grupos metilo normalmente en las citosinas del ADN. Esta metilación del ADN hace que se modifique la estructura del material genético por lo que ejerce como represor de la transcripción.
También puede ocurrir que haya una hipermetilación, esto hace que genes relacionados con el ciclo celular, la apoptosis y la reparación celular se inactive y provoque cáncer.
Un objetivo de la epigenética es reconocer el modelo de metilación hereditaria para poder mejorar en el tratamiento y en el diagnóstico.
Son secuencias de ARN que se relacionan con la expresión génica pero que no se traducen a proteínas. Normalmente cumplen funciones regulatorias y están implicados en procesos de apagado de genes o silenciamiento genético(5)(6). El miRNA es causa de debate porque según algunos estudios puede tener un papel oncogénico otros autores dice que tiene una función supresora de tumores.
Todo esto se puede resumir en que hay diferentes procesos moleculares para la formación y avance tumoral:
El cáncer es una enfermedad que ocurre en personas que están genéticamente predispuestas. Hay varios estudios que dicen que los familiares de personas afectas por un cáncer tienen 2-3 veces más posibilidades de tener un cáncer que el resto de la población. Lo que hace pensar que hay una predisposición genética al cáncer que son compaginables con otros factores ambientales o infecciosos.(1).
En el 2000 se vio la importancia que tenían los factores genéticos o ambientales como causantes de cáncer.(7) Los investigadores definieron la Heredabilidad ¨como la proporción de la variabilidad fenotípica observada en una población que puede atribuirse a una variabilidad genética en dicha población¨. Por lo que una Heredabilidad de 1 equivale a que el fenotipo está totalmente determinado genéticamente y una Heredabilidad de 0 es que no hay presencia de componente genético (1).
Existen genes de alta penetrancia y son estos lo que explican que existan síndromes hereditarios de cáncer. Se han descrito unos 200 genes que pueden ser hereditarios. La alteración de alguno de estos 200 genes pueden explicar alrededor del 5-10% de casos de cáncer(8). Se pueden determinar porque aparecen en edades tempranas, hay varios cáncer en un individuo o antecedentes familiares(1)
La mayoría tienen un patrón de herencia autosómica dominante y están causado por mutaciones que producen una disfunción de genes supresores de tumores. Al tener la gran mayoría un patrón de herencia dominante es muy importante estudiar las familias y la descendencia porque hay un 50% de posibilidades de que sea portador de esta mutación. Y los individuos portadores tienen más posibilidades de desarrollar algún tipo de cáncer a lo largo de su vida. Algunos ejemplos son la poliposis adenomatosa familiar que el gen afectado es el APC, el Síndrome de Cáncer de Mama y Ovario Hereditario que se produce por mutaciones en los genes BRCA1 y BRCA2 o Síndrome de Li-Fraumeni en el gen TP53.
Alonso Sánchez M. et al. Cáncer Hereditario. Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM). 2019
En los genes que regulan el ciclo celular o reparan el ADN se producen mutaciones. Si estas mutaciones son maligna se le denomina que es una variante patogénica. Por lo que en todos los tumores se producen porque hay alguna variante patogénica de los genes implicados, pero esto no quiere decir que sean heredadas por su progenitor o que las vaya a transmitir. Lo más frecuente es que aparezcan en células somáticas y en una minoría pueden aparecer estas variantes patogénicas de novo en las células germinales o en las primeras fases de la embriogénesis(9)(1). En el desarrollo de tumores tiene mucha importancia la carga génica del individuo al igual que otros factores ambientales o infecciosos y todos en combinación promueven el desarrollo de neoplasias. Se calcula que entre el 5 y 10% del todos los canceres diagnosticados son hereditarios por lo que esto representa alrededor de 1.4 millones de nuevos casos en el mundo(10).
Los sujetos que tienen una mutación en cualquier gen de predisposición al cáncer poseen un riesgo mayo a desarrollar cáncer en su vida y probablemente a una edad más corta que la población que no la tiene. Estos genes de predisposición al cáncer son de alta penetrancia y tienen una herencia autosómica dominante, pero pueden existir otros con herencia ligada a X o autosómica recesiva.
Se ha visto que en hay una agregación familiar en ciertas familias. Ya que en este grupo de personas tenían un tipo de tumor con más frecuencia que la población general, pero sin tener un patrón de herencia. En estos casos se cree que hay una mezcla de alteraciones genéticas en genes de baja penetrancia mas las causas ambientales que tiene la familia(1).
Es muy importante el diagnostico de síndromes predisposición hereditaria al cáncer porque permite poner en practica estrategias de prevención, diagnóstico precoz en personas que no tienen cáncer. También es importante en las personas que tienen diagnosticados cáncer porque cada vez hay más tratamientos que tienen como diana estos tipos de tumores.
Se han descrito alrededor de 100 genes que están involucrado en la formación de neoplasias. Esto ha sido posible gracias a las nuevas tecnologías como es la secuenciación masiva (NGS) para el estudio genético. Antes se realizaba por la secuenciación Sanger que es muy costosa y laboriosa, estaba considerada el gold estándar para el estudio. Ahora con la NGS permite estudiar mayor cantidad de genes con menor coste y se está implementando en un gran número de laboratorios de rutina(11).
Nos encontramos con más de 50 síndromes con predisposición hereditaria al cáncer. Es más, un síndrome o síndromes semejantes pueden tener una variante patogénica en más de un gen por ejemplo estos genes ATM, PALB2, BARD1, NBN en el cáncer de mama hereditario o TP53, CHEK2 en el síndrome de Li-Fraumeni.
Se pueden usar paneles multigenes para realizar un screning de genes de alta penetrancia y genes de riesgo moderado para la predisposición hereditaria. Así se aumenta el número de individuos diagnosticados con predisposición hereditaria(12). El problema del uso de paneles multigenes es que se encuentra una gran cantidad de variantes de significado incierto y no tenemos la suficiente información. Por lo que se debe ser muy cuidadoso con la interpretación y comunicación.
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SÍNDROMES DE PREDISPOSICIÓN HEREDITARIA AL CÁNCER |
HERENCIA |
GEN |
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CÁNCER DE MAMA Y OVARIO HEREDITARIO |
AD |
BRCA1, BRCA2 |
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CÁNCER DE MAMA HEREDITARIO |
AD |
ATM, PALB2, BARD1, NBN |
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CÁNCER DE OVARIO HEREDITARIO |
AD |
BRIP, RAD51C, RAD51D |
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SÍNDROME DE LYNCH |
AD |
MLH1, MSH2, MSH6, PMS2, EPCAM |
|
POLIPOSIS ADENOMATOSA FAMILIAR (FAP) |
AD |
APC |
|
NEOPLASIA ENDOCRINA MÚLTIPLE TIPO 1 |
AD |
MEN1 |
|
NEOPLASIA ENDOCRINA MÚLTIPLE TIPO 2 |
AD |
RET |
|
NEOPLASIA ENDOCRINA MÚLTIPLE TIPO 4 |
AD |
CDKN1B |
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POLIPOSIS ASOCIADA A MUTYH (MAP) |
AR |
MUTYH |
|
SÍNDROME DE COWDEN |
AD |
PTEN |
|
VON HIPPEL - LINDAU |
AD |
VHL |
|
RETINOBLASTOMA HEREDITARIO |
AD |
RB1 |
|
SÍNDROME PEUTZ-JEGHERS |
AD |
STK11 |
|
SÍNDROME DE LI-FRAUMENI |
AD |
TP53, CHEK2 |
|
SÍNDROME GORLIN |
AD |
PTCH1, SUFU, PTCH2 |
|
ESCLEROSIS TUBEROSA |
AD |
TSC1, TSC2 |
|
MELANOMA FAMILIAR |
AD |
CDKN2A, CDK4, TERT, MITF |
|
NEUROFIBORMATOSIS 1 |
AD |
NF1 |
|
NEUROFIBORMATOSIS 2 |
AD |
NF2 |
|
SCHWANOMATOSIS |
AD |
SMARCB1 |
|
PARAGANGLIOMA/FEOCROMOCITOMA FAMILIAR |
AD |
SDHB. SDHC, SDHB, SDHAF2 |
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CÁNCER GÁSTRICO DIFUSO HEREDITARIO |
AD |
CDH1 |
|
POLIPOSIS JUVENIL |
AD |
SMAD4, BMPR1A |
|
SÍNDORME BIRT-HOGG-DUBÉ |
AD |
FLCN |
|
ANEMIA FANCONI |
AR |
FANCA-FANCM |
|
SÍNDROME BLOOM |
AR |
RECQL3 |
|
COMPLEJO DE CARNEY |
AD |
PRKRA1A |
|
DISQUERATOSIS CONGÉNITA |
AD, LIGADA AL X |
DKC1 |
|
CÁNCER DE PRÓSTATA HEREDITARIO |
AD |
HOXB13 |
|
SÍNDROME WERNER |
AR |
RECQL2 |
|
XERODERMA PIGMENTOSUM |
AR |
XPA-XPG, DDB2 |
|
ATAXIA TELEANGIECTASIA |
AR |
ATM |
|
DÉFICIT CONSTITUCIONAL DEL MISS-MATCH REPAIR |
AR |
MLH1, MSH2, MSH6, PMS2, |
|
SÍNDROME CARNEY-STRATAKIS |
AD |
SDHB, SDHC, SDHD |
|
CARCINOMA RENAL PAPILAR FAMILIAR |
AD |
MET |
|
LEIOMIOMATOSIS CUTÁNEA Y UTERINA HEREDITARIA |
AD |
FH |
|
ENFERMEDAD DE DUNCAN |
LIGADA AL X |
SH2D1A |
|
SÍNDROME DE SOTOS |
AD |
NSD1 |
|
SÍNDROME DE CURRARINO |
AD |
HLXB9 |
|
SÍNDROME CHEDIAK-HIGASHI |
AR |
LYST |
|
SÍNDORME DE TUMORES ASOCIADOS A BAP-1 |
AD |
BAP1 |
|
SÍNDROME DE ROTHMUND-THOMSON |
AR |
RECQL4 |
|
SÍNDROME DICER1 |
AD |
DICER1 |
|
TUMORS DE WILMS FAMILIAR |
AD |
WT1 |
|
SÍNDROME DE BECKWITH-WIEDEMAN |
AD |
KIP2 (CDKN1C) |
|
SÍNDROME DE COSTELLO |
AD |
HRAS |
|
GIST FAMILIAR |
AD |
KIT, PDGFRA |
|
SÍNDROME NIJMEGEN |
AR |
NBS1 |
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PANCREATITIS HEREDITARIA |
AD |
PRSS1 |
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SÍNDROME POLE/POLD |
AD |
POLE, POLD |
|
SÍNDROME SIMPSON-GOLABI-BEHMEL |
LIGADA AL X RECESIVA |
GPC3 |
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CANCER DE TIROIDES NO-MEDULAR FAMILIAR |
AD |
HABP2 |
Alonso Sánchez M. et al. Cáncer Hereditario. Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM). 2019
Con el uso de NGS también se ha descubierto variantes genéticas que dan al paciente que las porta un riesgo intermedio de tener predisposición hereditaria padecer cáncer.
En estos momentos hay un debate sobre la idoneidad de utilizar paneles que incluyan genes con riegos intermedio. Por una parte, es técnicamente factible, económico y fácil, pero por otra parte grandes dudas del manejo de estas variantes en los portadores.
El inconveniente en nuestro entorno es la falta de pruebas que manifiesten mejores resultados tras la intervención clínica en los portadores de la variante. Porque no hay una validez clínica a las variantes de genes de penetrancia intermedia.
Así, una de las agrupaciones científicas más importantes como la Sociedad Americana de Oncología (ASCO) piensa que en paneles que se utilizan solo en la clínica solo se deben incluir genes que tengan utilidad clara para el manejo de pacientes que porten esa variante y las otras variantes o genes solo se deben incorporar la practica una vex estén estudiadas y validadas clínicamente(13).
En conclusión, aunque la utilización de paneles grandes es posible a un precio económico lo más importante es la interpretación de los resultados obtenidos y no dañar al paciente con acciones o intervenciones inapropiadas que causen ansiedad en el paciente por un descubrimiento casual de una variante de significado incierto o de un gen de moderada penetrancia.
Por todo esto es muy importante un buen asesoramiento genético tanto antes de la realización del test como después para transmitir la información al paciente.
Ejemplo de genes de moderada penetrancia y tipo de cáncer
Alonso Sánchez M. et al. Cáncer Hereditario. Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM). 2019.
Hasta el momento el cribado de cáncer de colon o mama solo se apoyaba en la edad de los pacientes, por ejemplo, para el cáncer de mama se empiezan a realizar mamografías cada dos años a partir de los 50 años de edad. Por lo que solo considerar la edad para calcular el riesgo de padecer cáncer es insuficiente. Ya que este riesgo se ve influenciado por factores genéticos de susceptibilidad, factores ambientales y estilo de vida.(1)
Hay otras maneras de calcular el riesgo como pueden ser mediante historia familiar (modelo BOADICEA) o modelos matemáticos como el modelo Gail. Ahora se están incluyendo en los modelos de predicción las variantes genéticas comunes. Los estudios de asociación de todo el genoma han posibilitado revelar múltiples SNP de bajo riesgo. Por ejemplo, en el cáncer de mama se han publicado numerosos polimorfismos de solo un nucleótido que parece que explica el 15-20% de riesgo de cáncer hereditario de mama(14).
El uso de forma conjunta del efecto de múltiples SP puede alcanzar un grado de discriminación del riesgo que puede ser de utilidad en las acciones de prevención del cáncer. Y en un futuro próximo implementarse junto a modelos basados en la historia familiar.
El diagnóstico molecular es un campo activo y que está continuamente desarrollándose. En los últimos años, está siendo muy importante para la rama de la medicina las técnicas de diagnóstico molecular. Estas están avanzando muy rápidamente y ha transformado el diagnóstico molecular en una parte fundamental para el médico, y como consecuencia el beneficio para el paciente(15). )
La especie humana tiene 46 cromosomas un par de ellos son cromosomas sexuales y el resto autosómicos. En estos cromosomas son donde esta empaquetada la información genética de la especie en forma de ADN. Aunque en las mitocondrias también tienen ADN en su interior el ADN mitocondrial. Los cromosomas se encuentran en el núcleo de todas las células y contienen la, mayor parte de los genes. Los genes están organizados en zonas codificantes denominadas exones estos fragmentos se transcriben a ARNm y a continuación se traducen a proteína y regiones no codificantes que son los intrones.
Por esto es importante hacer un diagnóstico estudiando el ADN porque se tiene información de los genes y se pueden observar si hay alteraciones que afecten a la función.
En el laboratorio es muy importante conocer cuál es la muestra biológica mas apta para obtener la molécula que queremos estudiar para proceder al diagnóstico. Por ejemplo, para si lo que queremos es saber si un paciente tiene alteraciones germinales con una muestra de sangre periférica es suficiente para saber si tiene la alteración. Pero si la alteración es somática solo se puede estudiar coger muestra del tejido u órgano afectado (1).
Nos encontramos con una gran variedad de muestras de las que se puede obtener ADN y ARN. Las más utilizadas son la sangre, células bucales, medula ósea, líquido amniótico o tejido tumoral. La que más se utiliza es la sangre periférica porque facilita obtener ADN de alta calidad y en cantidad abundante. Se debe trabajar con 10 ml de sangre total, que no estén separados los componentes y la sangre no este coagulada. En la sangre las células que tienen el ADN son las células nucleadas como los leucocitos.
Si lo que se quiere estudiar son alteraciones somáticas, el ADN se extrae directamente del tejido afectado.
Para el diagnóstico prenatal se necesita obtener muestras fetales. Estas se obtienen a través de técnicas invasivas como la biopsia de vellosidades coriales, amniocentesis o cordocentesis. Dependiendo de la edad gestacional se realiza una u otra técnica. En los últimos años se ha avanzado en el diagnóstico genético preimplantacional (DGP) y siempre que se pueda se utiliza. La extracción de ADN en DGP se hace a partir de una células del embrión, preferentemente cuando esta está en estado de blastocisto D+5.Es un procedimiento muy delicado y complejo(1).
Cuando se extrae ARN es muy importante saber que se degradan enzimáticamente por ribonucleasas (RNAasas). Estas enzimas están presentes en multitud de sistemas biológicos, y son enzimas muy activas y estables por lo que hay que tener unas precauciones extremas a la hora de extraer el ADN. El material que se usa debes estar completamente esterilizado y libre de RNAasas(1)
El ADN se puede obtener de una cantidad muy grande de fuentes por lo que existen diferentes protocolos de extracción. Pueden ser automáticos o manuales y son normalmente sencillas y similares para todo tipo de muestras. EL objetivo es conseguir la cantidad máxima de ADN y de excelente calidad. Hay numerosos métodos para obtener ADN:
Extracción orgánica
Separación magnética
Intercambio iónico
Gradiente de densidad
Precipitación por sales
La mayoría tienen las siguientes etapas:
1- Rotura celular que se puede producir métodos químicos, mecánicos u osmóticos.
2- Incubación enzimática, la que más se utiliza es la proteinasa K y es para separar el ADN de las proteínas.
3- Separación del ADN de los distintos componentes de la célula, se utilizan una disolución de fenol, soluciones salinas o bolas magnéticas.
4-Precipitación del ADN con etanol, sales y bajas temperatura para eliminar las sustancias que puedan interferir. Se centrifuga y el ADN forma el sedimento, se quita el sobrenadante y se deja secar para que se evapore el etanol
5-Resuspender el ADN, se disuelve con un volumen de agua o tampón para el posterior estudio(16).
El que se obtenga un ARN de calidad es primordial para la realización de diferentes técnicas moleculares, si no tenemos ARN de calidad se pueden complicar los procedimientos posteriores.
La extracción del ARN es complicada, porque es poco estable ya que hay presencia de ARNasas, polisacáridos o proteínas que dificultan la obtención. También se ha visto que la presencia de estos contaminantes interfieren en la amplificación(17).
La diferencia que tiene la extracción de ARN con respecto a la de ADN es que hay que tener más precaución, para poder evitar contaminaciones con RNAasas. Hay una serie de pautas para la extracción de ARN como.
- La zona de trabajo de ADN tiene que ser diferente de donde se trabaja con ARN para evitar contaminaciones.
- Las superficies de la zona de trabajo tienen que estar tratadas con productos específicos y etanol al 70%.
-Usar guantes estériles durante todo el proceso
-Todo el material, agua, soluciones de trabajo deben estar certificado como libre de nucleasas
Después de seguir estas precauciones, la técnica consiste en conseguir células lo más limpias posibles. Una vez obtenidas las células los protocolos siguen prácticamente las mismas etapas:
1- Lisis celular y desnaturalización, se utilizan una mezcla de detergente con tiocianato de guanidina que inhibe a las RNAasas y se queda el ARN aislado de proteínas.
2- Inactivación de ribonucleasas que se realiza con el tiocianato de guanidina y b-mercaptoetanol
3-Precipitación de las proteínas y el ARN está en suspensión.
4- Eliminación de ADN contaminante
5- Dilución de ARN con agua libre de ARNasas
Ahora el ARN está preparado para que se pueda realizar cualquier técnica analítica(1).
Endonucleasas de restricción
Son enzimas que su característica principal es que cortan el ADN en zonas que tienen unas secuencias muy específicas y habitualmente son secuencias paliandromicas. Estas enzimas cortan los enlaces fosfodiester de ADN bicatenario.
Las endonucleasas de restricción se encuentran en muchas bacterias y se nombran a partir de la bacteria de origen, por ejemplo, Eco RI o BamHI. Las enzimas de restricción cortan el ADN en partes iguales y previsibles por lo que un cambio en la zona altera ese corte y el tamaño del fragmento(1).
Las aplicaciones de las endonucleasas son muy variadas, como descubrimiento de muchos genes, estudios de metilación del promotor de varios genes etc.
La Taq polimerasa
En 1988 se publicó la utilización de una enzima termoestable para la amplificación del ADN, se aisló la enzima Taq polimerasas a partir de Thermus aquaticus que es una bacteria que se encuentra en ambientes acuáticos y temperaturas que rondan los 100ºC(18)
La Taq polimerasa es la enzima principal que se utiliza para amplificar el ADN. Permite la automatización y la simplificación de la PCR sin tener que añadir polimerasas en cada ciclo. Esta enzima tiene una desventaja y es que no tiene actividad correctora por lo que durante la copia del ADN puede cometer errores. Pero hoy en día se han encontrado ADNpolimerasas con actividad correctora que además son termoestables y termoactivas(19).
Electroforesis
Como el ADN tiene carga negativa puede migrar mediante electroforesis colocándolo en el lado del cátodo y aplicando un voltaje que haga que se mueva hacia el ánodo.
La electroforesis se ha ido automatizando con el desarrollo de otras metodologías que se basan sobre todo en la introducción de capilares, aunque el gel de agarosa sigue siendo de los más utilizados. Hay varios factores que afectan a la migración del ADN
A continuación, se le añade un colorante que suele ser el azul de bromofenol, esto permite ver el avance del ADN en el gel. Los fragmentos de ADN se visualizan después con luz ultravioleta ya que se le han añadido compuestos que se intercalan con las moléculas de ADN y producen fluorescencia(1)
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Desde la invención de la reacción en cadena de la polimerasa en el año 1985 por K. Mullis y sus colaboradores se ha revolucionado la biología molecular. La PCR es una técnica para amplificar una zona del ADN que esta situada entre dos regiones de ADN de secuencia conocida. Antes solo se podía obtener pequeñas cantidades de un genes específicos, ahora a partir de un único gen se puede amplificar hasta millones en unas horas(20)(19)
(Serrato Díaz, A. PCR: reacción en cadena de la polimerasa. 2014)
Principios de la PCR
La PCR se basa en el mecanismo de replicación de ADN in vivo: En el que el ADN se desenrolla y pasa a una sola hebra de ADN, esta se duplica y se vuelve a enrollar. Por lo que esta técnica consiste en ciclos repetitivos de lo que ocurre en la replicación de ADN.
En primer lugar, es necesario que se desnaturalice el ADN es decir que se desenrolle la doble hélice y esto se lleva a cabo elevando la temperatura a 93-96º C. En esta primera fase las dos cadenas complementarias del ADN se separan por el aumento de la temperatura que lo que hace es romper los puentes de hidrogeno y aumenta el número de bases desapareadas. La reacción se completa cuando todo el ADN bicatenario está en dos cadenas de ADN monocatenario. Este proceso de desnaturalización depende del tipo de disolvente, del pH y de la concentración salina.
La segunda etapa de la reacción es disminuir la temperatura entre 35-60ºC para permitir que los cebadores se unan por complementariedad al ADN molde. Esta segunda fase se conoce como hibridación
Por ultimo en la fase de extensión o elongación la enzima Tac polimerasa actúa sobre los primers y empieza su función catalítica a una gran velocidad en la que va incorporando nucleótidos complementarios a partir del extremo 3’ libre de la región en que han hibridado los cebadores. Dependiendo de la enzima polimerasa que se use la temperatura varia, si se utiliza la Taq polimerasa la temperatura de elongación es de 72ºC
Estas tres fases constituyen un ciclo de PCR, una vez terminado el primer ciclo tenemos dos hebras de ADN por lo que se debe realizar más ciclos para poder producir una banda visible en el gel. Por cada ciclo se duplica la cantidad de fragmento a amplificar. Al final del proceso se obtiene una cantidad aproximadamente a 2n siendo n el número de ciclos realizado
(Serrato Diaz, A. PCR: reacción en cadena de la polimerasa. 2014)
Componentes de la PCR
- ADN dianaà Se podría realizar la amplificación por PCR siempre que este presente al menos un ejemplar intacto del gen. La cantidad de ADN que se usa aproximadamente para la realización de la PCR es 0.05-1.0 μg.
- CebadoresàGeneralmente se utilizan cebadores de 16 a 30 nucleótidos de longitud y Deben evitarse las secuencias repetidas invertidas y las secuencias complementarias.
- ADN polimerasaàsolo pueden incorporar nucleótidos al extremo 3’ de un polinucleótido. La primera ADN polimerasa termoestable utilizada fue la ADN polimerasa Taq, aislada de la bacteria Thermus aquaticus. Esta enzima es la más utilizada pero hay otras ADN polimerasas que se pueden usar como por ejemplo estas Vent, DeepVent, Pfu y UITma
- Tampones y MgCl2à La técnica de la PCR necesita un tampón apropiado, y su composición varía según el tipo y las características de la enzima usada.
- Desoxirribonucleósido-trifosfatosà Para la síntesis de ADN hacen falta desoxirribonucleósido-trifosfatos libres (dNTP) La cantidad de dNTP para la realización de la PCR tiene que estar comprendido entre 20-200 μM, y los cuatro dNTP tienen que usarse en las mismas concentraciones para minimizar los errores de incorporación(20).
Reverse Transcriptase-PCR (RT-PCR)
Es un método sensible y versátil que se usa para obtener ADNc libre a partir de ARN. Por lo que primero se debe hacer una extracción de ARN de la muestra. La RT-PCR se realiza de forma similar a como los virus RNA hacen la replicación. Utilizan ARNm como molde y la enzima que sintetiza el ADNc es una transcriptasa reversa o inversa. Esta enzima es la que utilizan los retrovirus para transcribir a ADN su información genética y que se pueda introducir en el genoma del huésped. Una vez obtenido el ADNc se realiza una PCR clásica. Por lo tanto la diferencia es que se utiliza la transcriptasa inversa como paso previo, para pasar el ARN a ADNc(1)
PCR a tiempo real
Los que empezaron a vislumbrar la PCR a tiempo real fueron Higuchi y colaboradores en 1992. Estos grabaron la incorporación de bromuro de etidio al ADN en cada ciclo de PCR. Es un método que permite simultáneamente cuantificar y amplificar el ADN. El termino tiempo real quiere decir que la detección de ocurre en cada ciclo de reacción. También es posible cuantificar la cantidad de ADN que contiene la muestra. Para esto se usa un marcaje fluorescente que se inserta en las cadenas de ADN que se están formando y modifican las sondas de oligonucleótidos de ADN que emiten fluorescencia cuando se hibridan(1).
La PCR a tiempo real tiene varias ventajas con respecto a la PCR convencional, una de ellas es que se va monitoreando la amplificación del ADN conforme va ocurriendo la reacción y otra ventaja es que se cuantifica la cantidad de ADN sin necesidad de manipularla después(21).
Hoy en día, la PCR a tiempo real es el método más sensible para cuantificar y detectar ácidos nucleicos. Ya que tiene una alta sensibilidad y especificidad.
PCR digital
Es un método de cuantificación absoluta que tiene utilidad de describir variantes genéticas que están en porcentajes bajos. La PCR digital consiste en dividir la muestra en multitud de fracciones, de manera que cada fracción contenga una única molécula de ADN. El producto obtenido se detecta gracias a los primers que están marcados con fluorocromos. De esta forma se consigue una amplificación no sesgada de la totalidad de moléculas de ADN y se obtiene una medida exacta de la proporción existente entre las moléculas minoritarias y mayoritarias. Tiene una sensibilidad mayor que la PCR cuantitativa. Se considera un método que tiene un potencial enorme en la detección de CNVs, variantes genéticas en mosaico, grandes reordenaciones y variantes somáticas que están en baja proporción(22).
Secuenciación Sanger
Este tipo de secuenciación la ideo Sanger y colaboradores en 1977, y se basa en usar la ADN polimerasa y terminadores de cadenas llamados didesoxinucleotidos. Es una síntesis enzimática en la que actúa la ADN polimeraras y partir de un primer que tiene una secuencia complementaria a la molécula de ADN que vamos a estudiar. Se van añadiendo al extremo3´de la cadena 2´-desoxinucleótidos y 2´,3´-didesoxinucleótidos marcados con fluorocromos. Los 2´,3´-didesoxinucleótidos (ddNTPs) difieren de 2´-desoxinucleótidos (dNTPs) en que no tienen el grupo hidroxilo en el carbono 3´, por lo que su incorporación evita que se forme el enlace fosfodiester entre la cadena en crecimiento y el próximo nucleótido. Esto hace que no se añaden más nucleótidos a la cadena y la síntesis se detiene. Con esto lo que se quiere conseguir es que se produzcan fragmentos de diferentes tamaños de ADN al azar. Estos fragmentos se saben cuáles son por el ultimo nucleótido de cada fragmento que tiene una molécula fluorescente asociada. A continuación se realiza la separación electroforética y la detección de los productos(1)
Secuenciación masiva
La tecnología de secuenciación comenzó después del éxito del proyecto genoma humano en 2005 y ha ido reduciendo el costo de ADN por cada base. La secuencia inicial del genoma costo alrededor de 350 000 000 dólares. Esta reducción del precio ha estimulado diversas iniciativas internacionales para secuenciar los genomas enteros de miles de individuos. La abundante información genética resultante y el costo siempre decreciente de la secuenciación de DNA genómico están incrementando de manera notoria la capacidad para diagnosticar y, finalmente, tratar, enfermedad en seres humanos. Obviamente, cuando la secuenciación del genoma personal se haga común, habrá cambios notorios en la práctica de la medicina, porque finalmente se harán terapias a la medida para la conformación genética exacta de cada individuo(23).
Básicamente, se fundamenta en la secuenciación en paralelo y en una reacción de gran cantidad de secuencias de ADN diferentes. Hay varios sistemas que tienen diferencias entre sí, como la tecnología de secuenciación, tamaño de los fragmentos que es capaz de secuencia, la cobertura que alcanza o el número de lecturas que logra hacer en una carrera.
La secuenciación masiva tiene un gran potencial a la hora de descubrir todos las clases de variación genómica en un solo experimento, incluyendo variantes de un solo nucleótido, pequeñas inserciones o deleciones, mutaciones puntuales o variantes estructurales tanto desequilibradas como equilibradas(24).
Multiplex ligation dependent probe amplification (MLPA)
Esta técnica permite revelar cambios en el número de copias de la secuencia del genoma, es decir proporciona información de si hay inserciones, duplicaciones y deleciones de porciones pequeñas o grandes del genoma(1).
Esta técnica usa muy poca cantidad de ADN y permite amplificar hasta 60 secuencias específicas.
El fundamento de la técnica consiste en el análisis de diferentes regiones de ADN mediante sondas que hibridan en puntos concretos.
Esta sonda compuesta por 2 secuencias de hibridación, complementarias al ADN de interés. Una de ellas tiene en el extremo 3´ una secuencia espaciadora con un tamaño diferente para cada sonda y la vez esta secuencia espaciadora tiene en su extremo 3´ una secuencia complementaria al primer. Y la otra secuencia de hibridación en su extremo 5´ tiene una región y que va a ser complementaria al primer. De esta forma los primers son idénticos para todas las sondas y lo que las diferencia es el tamaño del fragmento espaciador
Etapas
En primer lugar, se desnaturaliza el ADN que pasa de ser una bicatenario a monocatenario esto se produce por un aumento de la temperatura a 96º.
A continuación, se produce una hibridación con las sondas.
En tercer lugar, mediante una ligasa termoestable se une las dos partes de la sonda. Para que esto se produzca es necesario que la sonda se haya unido al ADN correcto.
Llegados a este momento se realiza una PCR con los primers universales para amplificar las sondas. Estos primers están marcados con fluorocromos por lo que permite ver los resultados mediante electroforesis capilar.
Como resultado de la electroforesis se obtienen una serie de picos que se ordenan según el tamaño de las sondas. La intensidad de cada pico nos dice la cantidad de ADN que se ha amplificado, que es proporcional a la cantidad de ADN. Se comparan muestras frente a controles y donde se ve un pico más alto significa que había una duplicación, y donde se ve un pico más bajo una deleción(25).
Tecnología de Micro Arrays
El array-CGH proporciona información de cambios en el número de copias de nuestro genoma con rapidez, una alta resolución y puede ser automatizada. En los últimos años se han desarrollado sistemas de detección de alteraciones en el número de copias ADN presentes en una muestra a lo largo de todo su genoma mediante la técnica de hibridación genómica comparada(26).
La CGH se basa en la hibridación competitiva de dos ADN (ADN problema y ADN control) que están marcados con distintos fluorocromos. Se mezclan en cantidades equimolares y se realiza una hibridación in situ sobre segmentos de ADN mucho más pequeño que un cromosoma. Estos segmentos se le denominaron sondas y su secuencia y coordenadas son conocidas. Ambos ADN compiten por hibridar en los mismos lugares. En condiciones normales, la cantidad de ADN marcado en rojo (control) y verde (problema) era la misma, el resultado final segmentos de ADN marcados en color amarillo por contener una mezcla en proporción 1:1 de ambos fluorocromos (rojo + verde = amarillo).
En condiciones patológicas, puede existir alguna ganancia o pérdida de ADN. Si lo que sucede es una ganancia, hay más cantidad de ADN disponible para hibridar, por lo que la hibridación en esa zona tiene más proporción de fluorocromo (verde). Por le contrario si lo que ocurre es una perdida, la zona delecionada aparece en rojo porque hay más cantidad de ADN con flurocromo rojo para hibridar.
La CGH permitía, por tanto, la detección de ganancias y pérdidas de regiones del ADN en todo el genoma del caso problema por la comparación de las intensidades de las señales de hibridación(27).
- Microarrays de BAC
Fue el primer sistema empleado de arrays-CGH en la clínica y en la investigación. En este tipo de microaarrays, cada sonda que se coloca en el soporte físico es ADN obtenido de un único BAC. Los primeros arrays de BAC que estuvieron a nuestra disposición contenían unos 3.000 clones y poseían una resolución de 1 Mb. Posteriormente, los sistemas de impresión de arrays- CGH de BAC se mejoraron, alcanzando un máximo de resolución de 30.000 clones, con una cobertura casi completa del genoma(28).
- Microarrays de oligonucleótidos
Los microarrays de oligonucleótidos se desarrollaron a partir de la tecnología de arrays-CGH. Los oligonucleótidos son moléculas que contienen unos 60-80 pares de bases sintetizados de forma exclusiva para su inclusión en el microarray. Estos segmentos de ADN tienen unas secuencias genómicas de localización definida en el genoma y con un contenido genético conocido.
Estos tienen una serie de ventajas con respecto a los arrays BAC como que pueden incluir en un solo ensayo cientos de miles de sondas y esto aumenta enormemente su resolución. Otras dos grandes ventajas son que hay una gran cantidad de sondas posibles y tiene una cobertura que permite cubrir por completo la secuencia del genoma(28).
- Microarrays de SNP
Son una variante de los arrays de oligonucleótidos, pero contienen variantes de tipo SNP. Por lo que son capaces de reconocer cualquier alteración(duplicación, deleción) de los loci representado en el microarray sino que además detectan en una muestra problema la presencia o ausencia de un SNP determinado(28).
Por tanto, estos arrays permiten conocer simultáneamente la secuencia de cientos de miles de variantes génicas presentes en la muestra. Como consecuencia esto nos permite examinar el origen de cada copia y vislumbrar disomias uniparentales y perdida de heterocigosidad.
La gran ventaja que tiene los microarrays de SNP es que realiza una visión general del genoma.
Para el diagnostico de los síndromes de cáncer hereditario se estudian una serie de variantes patogénicas en los genes de predisposición al cáncer. Esto es muy útil para familias y pacientes que tienen alguna variante, ya que se disponen de información adicional y pueden tomar medidas preventivas para el diagnóstico, tratamiento o seguimiento. Pero los estudios genéticos a menudo encuentran variantes que no tienen una interpretación clínica precisa. Estas se llaman variantes de significado clínico incierto o desconocido. Por lo que es muy importante una clasificación adecuada de las variantes.
La naturaleza de una variante y la zona dentro de la secuencia da información muy importante. Por ejemplo, en los genes supresores de tumores las variantes que interrumpen la zona funcional de la proteína tienen altas posibilidades de ser patogénica. Pero el efecto de otras variantes es más complicado de predecir.
Fenotipoà Es de ayuda cuando existe una asociación entre la variante y la características clínicas. Algunos síndromes hereditarios de cáncer tienen una penetrancia casi completa y el fenotipo es característico (Neurofibromatosis, poliposis adenomatosa familiar…). En estos casos la información clínica es muy importante para la evaluación de la patogenicidad de la variante, aunque no debería ser el único criterio(1).
Cosegregaciónà Compara los resultados del estudio genético en una familia que tenga la misma variante. Identifica que la variante genética es la causa de la enfermedad. Esto no siempre es fácil, porque la penetrancia no es completa en algunos síndromes.
Es muy importante la selección del individuo por el que se comienza el estudio genético en la familia(29).
Frecuencia alélicaà Si la frecuencia alélica de una variante es alta en la población tiene menos probabilidad de ser patogénica. Puede ocurrir que algunas variantes patogénicas tengan una frecuencia alta en algunas poblaciones esto se debe a un efecto fundador o son hotspots (puntos calientes de mutación).
Características anatomopatológicasà Algunos tumores se producen con más asiduidad en portadores de variantes patogénicas en algunos genes. Por ejemplo, portadores BRCA1 se dan tumores de mama triple negativos.
Co-ocurrenciaà Para las variantes que se descubren junto a una variante patogénica en el mismo gen el estudio de la fase alélica es importante porque con la información fenotípica del portador es útil a la hora de la clasificación. Este tipo de análisis es muy importante para variantes de genes BRCA2, ATMo MMR, porque los síndromes asociados a variantes bialelelicas es diferente a portadores de monoalélicos(1).
Describen los efectos moleculares de una variante e incorpora las predicciones in silico o el resultado de ensayos experimentales del efecto de la variante en la función. Son importantes en experimentación, pero su uso debe ser cauteloso para clasificación de variantes.
Resultado de las predicciones in silicoà Hay numerosos predictores in silico del probable efecto de una variante a nivel de proteínas o RNA. Como la sensibilidad y especificidad de estas predicciones es moderada se tienen que considerar como evidencias adicionales. Si existe una coincidencia alta entre distintos programas, aumenta el valor de la predicción. Es importante decir que los predictores son útiles para priorizar las variantes que se van a estudiar a nivel funcional(30).
Resultados experimentalesà Este tipo de ensayos incluyen el análisis a nivel de RNA y de proteína, determinan el impacto de una variante en diferente niveles moleculares. Sin embargo, la importancia clínica de los resultados experimentales es con frecuencia escasa. Esto se debe a que no hay ensayos estandarizados y robustos que se puedan replicar en distintos contextos(1)
La International Agency for Research on Cancer (IARC) ha diseñado un sistema de clasificación que tiene una importancia crucial para la categorización estandarizada de variantes. Hay 5 clases de variantes:
A cada una de estas clases de variantes se le da una medida cuantitativa de probabilidad de patogenicidad. Así, los estudios predictivo y seguimiento de alto riesgo se aconseja a portadores de variantes patogénicas y probablemente patogénicas, los portadores de variantes de significado desconocido no deben usarse para estudios predictivos, y los portadores de variantes benignas y probablemente benignas son no informativas.
(Alonso Sánchez M. et al. Cáncer Hereditario. Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM). 2019.)
El cáncer de mama es el más común en la mujer en los países desarrollados y subdesarrollados. En España, el riesgo de padecer cáncer de mama a lo largo de la vida es de un 12%. Esta incidencia es similar a la de otros países del mediterráneo.
Por otro lado, en el mundo se diagnostican alrededor de 200.000 casos cáncer de ovario al año, es el cáncer ginecológico que tiene más mortalidad, esto es debido a que se diagnostica en estadios avanzado. Se han realizado estudios epidemiológicos en los que se han identificado múltiples factores de riesgo como pueden ser genéticos, hormonales o ambientales. En el cáncer de mama se da la gran mayoría en mujeres premenopausicas, que hayan tenido antecedente previos pero sobre todo antecedentes familiares(31).
BRCA1 y BRCA2
Estructura y función
El gen BRCA1 es un gen que está localizado en 17q21, y es de gran tamaño. Con sus 5592 nucleótidos genera una proteína de más de 1800 aminoácidos que tienen numerosas actividades celulares(32).
La proteína BRCA1 consta de 4 dominios que son
RINGà Se localiza en el extremo N-terminal, está muy conservado filogenéticamente y es abundante en cisteínas. Favorece la degradación de otras proteínas
P300/CBPà Regula la transcripción
coiled-coilà Colabora en la reparación por recombinación homologa
BRCT4à Pueden activar la transcripción de ciertos genes
En conclusión, la proteína BRCA1 interactúa con otras proteína de oncogenes, genes supresores de tumores, reguladores del ciclo celular, activadores o represores de la transcripción, así como detección y reparación del ADN, remodelación de la cromatina, ubiquitinación, replicación del ADN etc. con el fin de proteger la estabilidad genómica(1).
El gen BRCA2 se encuentra en 13q12, tiene unos 11.000 nucleótidos que se traducen a una proteína de 3418 aminoácidos que tiene residuos fosforilables y tiene diversos dominios(33).
Las funciones de BRCA2 son más escasas que las de BRCA1. BRCA2 interviene en la reparación de ADN mediante recombinación homóloga y en el avance del ciclo celular.
Expresión de BRCA1 y BRCA2 y características tumorales
En la fase G1 del ciclo celular, la transcripción de BRCA 1 y BRCA2 es máxima aun también permanece elevada durante la fase S. Las proteínas BRCA 1 y BRCA2 se expresan en casi todos los tejidos y células que se han estudiado. Hay varias hipótesis para definir la especificidad tumoral, que queda limitada al tejido mamario y ovárico. Presencia de un factor especifico que permite a las células seguir proliferándose incluso habiendo perdido dichos genes, que la reparación del ADN en estos tejidos dependa exclusivamente de BRCA 1 y BRCA2 y otros tejidos tenga mecanismos compensatorios o que en la mama y el ovario sufran una pérdida de heterocigosidad en BRCA1/2 con más rapidez y esto provoca defectos en la reparación del ADN.
En el humano si una célula no tiene BRCA1/2 funcionales, la reparación por recombinación homóloga es defectuosa y esto implica que se empleen mecanismos mas propensos a errores, lo que crea inestabilidad cromosómica y acumulación de modificaciones en otros genes. Por esto BRCA 1 y BRCA2 son genes supresores de tumores. Habitualmente se pierde el alelo sano en los tumores de ovario y mama que portan una variante patogénica lo que reafirma esta hipótesis(1).
Los tumores BRCA1 tienen un alto grado histológico e índice mitótico, márgenes continuos expansivos, infiltración linfocítica y más áreas necróticas. Estos son normalmente triples negativos (ER-, PR- y HER3-). A menudo muestran una sobreexpresión de proteínas del ciclo celular y defecto de la expresión de genes asociados a ER
Los tumores BRCA2 se caracterizan por una mayor presencia tubular menores márgenes continuo expansivos e índices mitóticos. En este tipo de tumores es más frecuente la expresión citoplasmática de RAD51.
Los dos genes no se presentan en tumores esporádico de mama, pero el silenciamiento de BRCA1 por metilación del promotor se ha detallado en un 10-30% de cáncer de mama esporádicos.
Variantes patogénicas en BRCA1 y BRCA2
Se ha creado una base de datos con más de treinta mil familias y alrededor de 1700 variantes patogénicas distintas en cada gen, viendo variaciones en el tipo y la frecuencia de las variantes según la etnia o la zona geográfica. Se ha observado la existencia de mutaciones fundadoras en determinados grupos étnicos como por ejemplo en la población judía asquenazi que el 2% tiene una de estas dos variantes c.68_69delAG (187delAG) y c.5266dupC (5385insC) en BRCA1 o c.5946delT (6174delT) en BRCA2.
La mayoría de variantes patogénicas consiste en pequeñas inserciones o deleciones que producen una alteración en el marco de lectura de la secuencia de ADN produciendo un codón de parada prematuro. También se han descrito sustituciones que causan directamente codones de parada. Ambas alteraciones producen proteínas no funcionales.
También se ha visto pero en menor proporción grandes deleciones o duplicaciones que abarcan uno o más exones del gen. Además de las numerosas variantes de significado incierto que son frecuentes en la población(1).
TP53
La proteína TP53 tiene numerosas funciones celulares y es imprescindible en el control del ciclo celular posponiendo su progresión o favoreciendo la apoptosis. Las variantes patogénicas heredadas son raras y producen el síndrome de Li-Fraumeni. Este está caracterizado por tumores en edad temprana como sarcoma, o glioma y cáncer de mama en mujeres jóvenes. Las variantes patogénicas en TP53 tienen un riesgo superior a la población de mujeres menores de 45 años de edad. Los cáncer de mama en los que esta proteína esta alterada suelen presentarse avanzados, y en la mayoría con receptores HER2/neu positivos(34).
CDH1
Este gen produce la proteína E-cadherina que es una glicoproteína transmembrana del tejido epitelial, encargada de la adhesión intercelular y de eliminar la invasión celular. Las alteraciones en E-cadherina incrementa la movilidad celular y la capacidad metastasica. Las variantes patogénicas de CDH1 son las responsables del cáncer gástrico difuso hereditario. También se han detectado variantes de CDH1 en mujeres con cáncer de mama lobulillar aunque la asociación es extremadamente baja.
PTEN
El gen PTEN origina una proteína fosfatasa lipídica que su función es regular la vía de la fosfatidilinositol 3-quinasa. La pérdida de esta función produce una mayor proliferación celular y supervivencia. Las variantes patogénicas de PTEN se localizan en múltiples tumores como mama, melanoma o endometrio y también producen el síndrome de Cowden. En este síndrome aumenta el riesgo de cáncer de mama, tiroides, colon, endometrio y renales en mujeres adultas y también aumenta el riesgo de enfermedad mamaria benigna. La neoplasia más común en el síndrome de Cowden es el cáncer de mama aunque del total de cáncer de mama solo es responsable de <1%(34).
SKT11
El gen SKT11 produce una serina-treonina quinasa y su función es participar en las uniones de membranas celulares y apoptosis. También regula negativamente la vía mTOR. Las variantes patogénicas producen el síndrome de Peutz-Jeghers que se caracteriza por múltiples pólipos hamartomatosos gastrointestinales, y pigmentaciones mucocutáneas en la mucosa bucal, labios y dedos. Aumenta el riesgo de cáncer colorrectal, pancreático, gástrico, intestino delgado, ovárico y de mama que suele aparecer de forma temprana. Las variantes patogénicas se descubre en más del 70% de los pacientes con síndrome de Peutz-Jeghers pero su contribución al cáncer de mama es escaso(34).
ATM
El gen ATM se encuentra en 11q22-23 y tiene 66 exones. Este gen produce la proteína ATM que es una PI3K-serinna/treonina quinasa que es esencial para comenzar la respuesta celular contra roturas de la cadena de ADN, inducidas por radiación, estrés oxidativo, o quimioterapia. Cuando el ADN sufre una lesión, la ATM fosforila numerosos sustrato que a su vez fosforilan a RAD51, BRCA1, CHEK1, CHEK2 o p53 que son los encargados de la reparación del ADN, control de la apoptosis o del ciclo celular.
Los pacientes que son portadores de alteraciones de ATM en homocigosis sufren ataxia telangiectasia que es un síndrome autosómico recesivo que produce ataxia cerebelosa, inmunodeficiencia, telangiestasias oculocutaneas y un mayor riesgo de sufrir leucemia, linfoma u otros tipos de cáncer como el cáncer de mama.
Se calcula que entre el 3-8% de todos los cáncer de mama se puede achacar a ATM, sobretodo lo casos familiares(35).
CHEK2
El gen CHEK2 se encuentra en 22q12.1 y tiene 14 exones. Cuando se producen lesiones en el ADN, ATM fosforila a CHEK2 y empieza su actividad quinasa. Fosforila a otras proteínas como BRCA1, BRCA2, p53, CDC25C y a otras quinasas que se relacionan con el control del ciclo celular o apoptosis.
En la población española se ha visto que hay familias portadoras y se ha calculado que c.1100delC produce aproximadamente una duplicación del riesgo de cáncer de mama.
Además de c.1100delC, se han descrito otras variantes del gen, como la p.Ile157Thr. Este cambio disminuye la actividad(1).
PALB2
El gen PALB2 tiene 13 exones, produce una proteína de 1186 aminoácidos y está localizado en 16p12. La proteína se une por el extremo N-terminal con BRCA1. Además, PALB2 tiene dos regiones de unión al ADN. En la región C-terminal tienen un dominio denominado WD40 que interactúa con RAD51 y BRCA2. Por lo que PALB2 interviene mediando interacciones proteicas y está implicada en la localización nuclear y proporciona estabilidad BRCA2.
Se observó que las variantes patogénicas de PALB2 contribuyen a un riesgo de entre 2 y 30 veces mayor de incidencia de cáncer de mama.
Las variantes patogénicas de PALB2 se asocian a tumores mamarios con un fenotipo más agresivo, marcador Ki-67 de proliferación y alrededor del 40% de los cáncer de mama tienen un fenotipo triple negativo(1).
RAD51C
Es de la familia RAD51 y es un gen parálogo. Está implicado en la reparación del ADN por recombinación homóloga. La proteína se acumula en las zonas lesionadas del ADN junto con RAD51, interviene en algunas etapas del proceso de reparación y además colabora en la activación de CHEK2.Por lo que RADC51C ayuda a preservar la integridad del genoma.
En las mujeres portadoras de alguna variante patogénica, la edad media de diagnóstico del cáncer de ovario es aproximadamente 60 años, mayor que para BRCA1 y muy arecido a la población general. Las familias con variantes patogénicas en RAD51C suelen presentar también una gran variedad de tumores en diferentes órganos. La mayoría de cáncer ovario son adenocarcinomas serosos de alto grado.
RAD51D
El gen RAD51D tiene 10 exones, codifica una proteína de 328 aminoácidos y pertenece a la familia de proteínas RAD51. Forma un complejo con RAD51B, RAD51C y XRCC2 que es responsable de la atracción o estabilización de RAD51 a zonas dañada del ADN. También contribuye en la protección de los telómeros. La identificación de variantes patogénicas en RAD51c en familias con cáncer de ovario y mama provoco el estudio de RAD51D en la susceptibilidad al cáncer(34).
RAD51B, XRCC2 y XRCC3
En estudios recientes estudiaron la existencia de variantes patogénicas monoalélicas en línea germinal en los otros parálogos de RAD51 implicado en la misma vía de reparación del ADN. Se han visto variantes deletéreas en RAD51B en algunos casos de cáncer de mama y ovario, y las variantes missence raras son más comunes en que en controles, lo que insinúa que una proporción de estas variantes es deletérea.
Sin embargo, es poco probable que RAD51B contribuya al riesgo de cáncer ovario.
También se han visto en casos familiares variantes deletéreas en XRCC2 pero estudios poblacionales no confirman la asociación con el riesgo de cáncer de mama(36).
BRIP1
Este gen contiene 20 exones y produce la proteína BRCA1-interacting protein 1 (BRIP1) y tiene alrededor de 1200 aminoácidos. Está implicada en multitud de procesos sobre todo en la replicación del ADN y reparación por recombinación homóloga. Durante la replicación se une al ADN y así evita que se pliegue y lo mantiene desenrollado para que pueda intervenir la polimerasa. Las células que no tienen BRIP1 son más sensibles a la radiación y a agentes que producen enlaces cruzados en el ADN. Este gen se describió como un gen de riesgo intermedio para el cáncer de mama. Pero estudios posteriores no revelan ninguna asociación. Lo que si se ha visto que BRIP1 podría ser un gen de alto riesgo para cáncer de ovario seroso de inicio tardío porque el promedio de la edad a la que diagnosticado es de 61 años, algo superior que las pacientes con historia familiar de cáncer de ovario(1)
BARD1
Este gen produce una proteína de 777 aminoácidos que tiene un dominio RING, tres repeticiones de anquirina y dos dominios BRCT. BRCA1 y BARD1 forman un heterodímero a través de los dominios N-terminales, fundamental para la estabilidad de BRCA1 y para su pronta reubicación en sitios dañados del ADN. Este heterodímero trabaja como una ubiquitina ligasa de la ARN polimerasa II, evitando la transcripción del ADN dañado. Se han descubierto variantes deletéreas asociadas a cáncer de mama, ovario y de útero y se ha visto una mayor frecuencia de estas variantes en mujeres con cáncer de ovario(37).
Generalidades
El síndrome de Lynch, es un síndrome genético, con un patrón de herencia autosómico dominante, heterogéneo y con penetrancia incompleta. El síndrome de Lynch predispones al desarrollo principalmente de cáncer colorrectal, y de otras neoplasias como endometrio, ovario, estomago, páncreas o próstata entre otros(38). Este síndrome se produce por mutaciones en línea germinal de los genes que intervienen en el mecanismo de reparación de errores en el apareamiento de nucleótidos (MMR mismatch repair) que se producen en la replicación del ADN: MLH1, MSH2, MSH6 y PMS2(39).
Existen dos situaciones que son poco frecuentes y muy particulares de síndrome de Lynch donde la causa no se relaciona con mutaciones en los genes MMR, aunque directamente si, ya que se produce un bloqueo de su función. Una de ella es la epimutación de MLH1. Lo que se produce es una inactivación constitutiva de MLH1 a consecuencia de la hipermetilación del promotor del gen en la fase embrionaria. Otra de estas alteraciones estructurales en línea germinal que afecta al gen EPCAM que se encuentra muy cerca al gen MSH2 y como consecuencia se produce la metilación y afecta al promotor de MSH2(39)
Mecanismo MMR
Los genes que colaboran en el mecanismo MMR codifican para las proteínas MLH1, MSH2, MSH6 y PMS2 y estos genes son los responsables del síndrome de Lynch. Estas proteínas forman heterodímeros para realizar su función de reparar el ADN. Los heterodímeros MSH2-MSH6 (MutSα) reconocen y se juntan a los apareamientos erróneos de nucleótidos o alteraciones de tipo inserción-deleción. Después un segundo heterodímero que está formado por MLH1-PMS2 (MutLα) se une al MutSα (MSH2-MSH6) junto con unos cofactores como el factor de replicación C y el antígeno nuclear de celular de proliferación reclutan a la exonucleasa -1 que escinde una porción de ADN que tiene el error detectado. Las proteínas que reparan los errores se liberan y se une la proteína de replicación A al ADN abierto que lo mantiene desenrollado para que actué la polimerasa-d que resintetiza el fragmento escindido. Por último se produce la ligación del trozo reparado y el error queda subsanado(40)
(Alonso Sánchez M. et al. Cáncer Hereditario. Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM). 2019.)
Características de los tumores del síndrome de Lynch
Los tumores del síndrome de Lynch se caracterizan por tener un déficit en la función del sistema MMR. Este sistema de reparación del ADN es el encargado de corregir los errores de apareamiento que se producen durante la replicación del ADN en la fase S del ciclo celular.
Cuando el sistema MMR no funciona correctamente se van acumulando errores en la secuencia de replicación del ADN en las células hijas. La mayoría de estos errores se producen en secuencias repetidas de uno o varios nucleótidos que se llaman microsatélites y son abundantes y están dispersos por todo el genoma. Debido a la deficiencia del sistema MMR y tras múltiples mitosis, los tumores pueden acumular varios miles de mutaciones a lo largo del genoma, a este fenómeno se le denomina inestabilidad de microsatélites (MSI)(41)
Entre el 15-25% de los canceres de endometrio y el 10-20% de los canceres colorrectales tienen inestabilidad de microsatélites. En el cáncer colorrectal los tumores que están causados por MSI tiene un mayor nivel de metilación en el ADN, normalmente son diploides o pseudodiploides, presentan mutación en BRAF pero o en KRAS y muestran baja frecuencia de mutaciones en los genes APC yTP53(1)
Entre un 80-90% de los tumores MSI son de tipo esporádico y se producen por inactivación somática bialélica de los genes MMR. Los mecanismos de inactivación más frecuentes son mutaciones puntuales, perdida de heterocigosidad, grandes reordenamientos e hipermetilación de la región promotora de los genes.
Hay un 10-20% de los tumores MSI que son hereditarios y producen el síndrome de Lynch. En estos casos, los sujetos tienen una mutación patogénica en uno de los genes MMR. Esta mutación puede ser transmitida a su descendencia y la mayoría lo han heredado de sus progenitores, aunque se han descrito casos de mutaciones de novo pero son poco frecuentes.
Los pacientes que tienen síndrome de Lynch, tienen un alelo no mutado (funcional) y otro mutado (no funcional) de uno de los genes del sistema MMR que están en todas las células del organismo. En un principio el alelo funcional tiene la capacidad de reparar los errores que se producen en la replicación, aunque estos sujetos tienen más riesgo de desarrollar tumores asociados a este síndrome. Pero para que esto ocurra debe producirse la inactivación del alelo a nivel somático.
Las consecuencias fisiopatológicas que tienen estas alteraciones depende del lugar donde se produzcan. Si los errores que no se corrigen se producen en regiones alejadas de secuencias codificantes los más posible es que sea irrelevante. Pero si estas alteraciones afectan a regiones codificantes o reguladoras si pueden tener efecto inactivante de estos genes.
La acumulación de estas alteraciones que son normalmente inactivantes en genes reparadores de ADN o supresores de tumores tienen un potencial oncogénico importante. Se han descrito dianas de tumores MSI como: Factores de transcripción (TCF4), receptores de factores de crecimiento (TGFBR2, IGFR2, ACTR2), proapoptóticos (BAX, CASP5, BCL10, FAS, APAF1), reguladores del ciclo celular (PTEN, PA2G4, RIZ), reparadores de DNA (MLH3, MSH3, MSH6), de respuesta a daño del DNA (BLM, CHK1, RAD50), etc. Los genes dianas más frecuentes que nos encontramos en el síndrome de Lynch son TGFBR2, MSH6, TCF4 y BAX.(42)
(Alonso Sánchez M. et al. Cáncer Hereditario. Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM). 2019.)
Cribado molecular para la identificación de síndrome de Lynch
Estudiar el tejido tumoral da información rápida y fácil para seleccionar los casos para el diagnóstico genético. Como cribado en la sospecha de síndrome de Lynch se utiliza el diagnóstico de la deficiencia MMR en tejido tumoral. Esto se puede realizar mediante el estudio inmunohistoquímico de las proteínas MMT y MSI.
Estudio inmunohistoquímico de las proteínas MMR (MLH1, MSH2, MSH6 y PMS2).
Se trata de estudiar la presencia o ausencia de expresión proteica en los núcleos de las células tumorales. Se usan cortes histológicos y se realizan técnicas de inmunohistoquímica con anticuerpos monoclonales contra las proteínas MMR. La sensibilidad y especificidad para la detección de déficit MMR por inmunohistoquímica son del 83% y 89% respectivamente. La falta de expresión de alguna de las proteínas reparadoras en las células tumorales es orientativa de deficiencia MMR. Los patrones que más se observan son perdida de expresión MLH1-PMS2 y MSH2-MSH6 porque los anticuerpos reconocen proteínas en su conformación heterodimérica. Las perdidas aisladas de las proteínas es poco frecuente pera da información igualmente. Una de las ventajas del estudio inmunohistoquímico es que nos orienta hacia el estudio genético posterior. Por ejemplo si se pierde MSH2-MSH6 podemos espetar encontrar la mutación en alguno de esos genes(1)
Estudio de inestabilidad de microsatélites.
Se quiere ver si el sistema MMR funciona, para esto se estudia la longitud de los fragmentos de ADN que contienen microsatélites en ADN de tejido tumoral. Los tumores MSI tienen alteraciones en el patrón de estos marcadores, normalmente son deleciones, pero en algunos casos también nos encontramos inserciones. El estudio de inestabilidad de microsatélites tiene una especificidad del 90% y una sensibilidad del 85% en la detección de deficiencia del sistema MMR. Entre el 77-89% de los cáncer colorrectales de personas con síndrome de Lynch tienen MSI, mientras que el 10-15% de cáncer colorrectal esporádicos tienen este fenotipo(1).
El análisis de MSI se hacer con PCR multiplex y estudio de fragmentos en electroforesis capilar. Los marcadores de microsatélites más usados son mononucleótidos repetidos, monomórficos o quasimonomórficos, que son de un tamaño de repetición semejante prácticamente en todas las poblaciones comunes de diferentes grupos étnicos. Estos son: BAT26, BAT25, NR21, NR24 y NR27. Cuando hay dos o más marcadores con patrón alterado se considera MSI. Si solo tiene un marcador alterado se aconseja estudiar otros marcadores alternativos.
No hay diferencias significativas entre los resultados de inmunohistoquímica y estudio de inestabilidad de microsatélites, pero hay ocasiones en los que una técnica puede resultar más útil. Por ejemplo, en tumores mucinosos es recomendable el estudio por inmunohistoquímica, ya que el estudio por MSI es subóptimo. Se recomienda el estudio con MSI en familias que tengan gran cantidad de tumores asociados al síndrome de Lynch y la inmunohistoquímica sea normal ya que pueden presentar las proteínas pero que no sean funcionales(43).
Metilación del promotor de MLH1.
La metilación del promotor MLH1 en tejido tumoral es un marcador que nos sirve para filtrar mejor para un posterior diagnóstico genético del síndrome de Lynch. Esta metilación produce el bloqueo de la expresión génica de MLH1 y como consecuencia la perdida de función.
Las mutaciones heredadas monoalélicas en genes MMR son responsables del síndrome de Lynch. Personas con mutaciones bialélicas en unos de los genes MMR desarrollan tumores en la infancia. El CMMRD es una condición hereditaria autosómica, recesiva y poco frecuente. La mutación bialélica en línea germinal se puede producir como doble heterocigotos o en homocigosis. En el caso de la homocigosis se puede producir a causa de consanguinidad entre los progenitores.
El tipo de mutaciones en CMMRD es diferente al que se presenta en el síndrome de Lynch. La mayoría están implicados los genes PMS2 y MSH6 y las mutaciones bialelicas en MLH1 MSH2 son poco frecuentes(44).
Un paciente con CMMRD, sus progenitores son obligatoriamente portadores de una mutación en el mismo gen MMR, por lo que se podría pensar que hubiese una carga familiar de cáncer. Pero esto es poco frecuente, precisamente por la baja penetrancia de las mutaciones heterocigotas de los genes PMS2 y MSH6.
El diagnóstico genético es muy complicado debido al elevado número de variantes de significado clínico incierto en los genes MMR y la dificultad para estudiar el gen PMS2. Si bien una gran cantidad de mutaciones que vemos en el síndrome CMMRD son truncantes y por tanto con inactivación completa de la función del gen.
Se han desarrollado herramientas para ayudar al diagnóstico de este síndrome. Son estudios funciones que utilizan linfoblastos inmortalizados del paciente y se evalúa la MSI y la tolerancia a la metilación. Si dan resultados positivos tienen una sensibilidad y especificad del 100%(45).
El reconocimiento de las alteraciones patogénicas bialelicas en los genes MMR significa el diagnóstico genético definitivo. Si se encuentran variantes de significado desconocido, entonces los estudios funcionales permiten confirmar o no el diagnostico de CMMRD.
En este síndrome se incluyen aquellos sujetos que tienen tumores del tipo síndrome de Lynch con deficiencia MMR, si una mutación patogénica en línea germinal y en ausencia de metilación de MLH1. Es un grupo muy diverso. Las posibles causas dan lugar a este síndrome de Lynch-like se agrupan en dos apartados:
Alteraciones (epi)genéticas somáticas bialelicas en genes MMR
Son casos esporádicos donde la deficiencia MMR ocurre por la inactivación bialélica por alteraciones somáticas. Normalmente no tienen historia familiar de cáncer y así el riesgo de los familiares directos se considera el de la población general.
Alteraciones genéticas en línea germinal
Son casos que tienen predisposición hereditaria a cáncer y suelen tener historia familiar que lo insinúe.
El termino cáncer colorrectal familiar tipo X (FCCTX) denominado así porque no se conoce su etiología genética, ha sido propuesto para llamar a un conjunto de familias con alta agregación familiar de cáncer colorrectal hereditario no polipósico que tiene el sistema MMR intacto. Alrededor del 40% de las familias que cumplen los criterios de Amsterdam para el diagnóstico de cáncer colorrectal hereditario no polipósico no tienen anomalías en el sistema MMR. Por lo que no se pueden clasificar como síndrome de Lynch, ni derivados. Los datos que tenemos proponen que el cáncer colorrectal familiar tipo X es una entidad muy heterogénea desde un punto de vista genético.
La edad a la que se diagnostica el cáncer colorrectal es más tardía, se sitúa entre los 50-60 años, y tiene menor riesgo de producir tumores extracolónicos. Cuando se compara con el síndrome de Lynch, hay diferencias moleculares importantes. Los tumores FCCTX tienen como características: Ausencia de inestabilidad de microsatélites, ausencia de fenotipo metilador de islas CpG, presencia de inestabilidad cromosómica, hipometilación global del genoma y los telómeros son más largos.
Hasta el día de hoy no se han encontrado genes candidatos de FCCTX con la suficiente evidencia para poder incluirlo de rutina en el diagnóstico genético(1).
En España cada año se diagnostican más de 34.000 casos de cáncer colorrectal y en más del 95% se desarrollan a partir de un pólipo adenomatoso, que es un descubrimiento común en las colonoscopias y la prevalencia aumenta con la edad y sobretodo en hombres. Los sujetos que tiene varios pólipos tienen un riesgo mayor para para desarrollar cáncer colorrectal y dentro de estos algunos pueden tener un síndrome hereditario de poliposis. Estos síndromes hereditarios son muy poco frecuentes y clínicamente como genéticamente son heterogéneos con unas características que en ocasiones se solapan con uno o más síndromes. Los pólipos gastrointestinales se clasifican en 4 grupos:
Los genes que producen estos síndromes pertenecen a diferentes familias y actúan en rutas moleculares distintas. Estas diferencias de rutas y genes hacen que el riesgo de evolucionar a cáncer so sea igual el cada uno.
(Valle L. Recent Discoveries in the Genetics of Familial Colorectal Cancer and polyposis.Clin Gastroenterol Hepatol 2017)
Poliposis adenomatosa familiar
Después del síndrome de Lynch, la poliposis adenomatosa familiar (FAP) es el segundo síndrome con más frecuencia. Se da en el 1% de todos los cánceres colorrectales.
En la forma clásica de la enfermedad aparecen desde una edad temprana cientos de adenomas por todo el colon y el riesgo de sufrir cáncer colorrectal es del 100% si no se toman medidas de prevención como puede ser una colectomía. También hay una forma atenuada de la enfermedad en la que las manifestaciones clínicas son m
